JPH0739155A - スイッチング電源 - Google Patents
スイッチング電源Info
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- JPH0739155A JPH0739155A JP18239893A JP18239893A JPH0739155A JP H0739155 A JPH0739155 A JP H0739155A JP 18239893 A JP18239893 A JP 18239893A JP 18239893 A JP18239893 A JP 18239893A JP H0739155 A JPH0739155 A JP H0739155A
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- circuit board
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 スイッチング電源の放射ノイズを広い周波数
帯域にわたって減衰させる。 【構成】 プリント基板の一方の面に回路パタ−ンを形
成して回路素子を実装し他方の面をシ−ルド面としたこ
とを特徴とするスイッチング電源である。
帯域にわたって減衰させる。 【構成】 プリント基板の一方の面に回路パタ−ンを形
成して回路素子を実装し他方の面をシ−ルド面としたこ
とを特徴とするスイッチング電源である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用、民生用の電子
機器の電源として使用されるスイッチング電源に関す
る。
機器の電源として使用されるスイッチング電源に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】各種の電子機器に安定した直流電源を供
給するスイッチング電源として、フォワードコンバータ
方式、フライバックコンバータ方式、さらにプッシュプ
ルコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッ
ジコンバータなどの方式がある。この様なスイッチング
電源は小型、高効率の特徴から電子機器用電源として広
く利用されている。
給するスイッチング電源として、フォワードコンバータ
方式、フライバックコンバータ方式、さらにプッシュプ
ルコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッ
ジコンバータなどの方式がある。この様なスイッチング
電源は小型、高効率の特徴から電子機器用電源として広
く利用されている。
【０００３】フォワードコンバータ方式の回路を図３に
示し、以下この回路の動作を説明する。直流電源１は、
商用交流電圧を整流したもの、あるいは直流電源や電池
などで構成されるものである。負荷回路８に安定した直
流電圧を供給するために制御・駆動回路７は、コンデン
サ６１の両端の電圧Ｖｏを検出して、Ｖｏが一定となる
オン・オフ比率の信号を半導体スイッチ２に与える。こ
の信号の周波数はトランス３の小型化のために２０ｋＨ
ｚ以上の高周波が用いられており、この信号により半導
体スイッチ２は高周波でオン・オフし、トランス３の１
次巻線３１には高周波の矩形波電圧が印加される。よっ
て、トランス３の２次巻線３２には高周波の矩形波電圧
が誘起し、整流ダイオード４１よりなる整流回路にて整
流され、さらにチョークコイル５とコンデンサ６１より
なる平滑回路により平滑されて、安定した直流電圧が負
荷回路８に供給される。ここで、フライホイ−ルダイオ
−ド４５は、半導体スイッチ２のオフ期間にチョークコ
イル５の電流を流すために設けられているものである。
示し、以下この回路の動作を説明する。直流電源１は、
商用交流電圧を整流したもの、あるいは直流電源や電池
などで構成されるものである。負荷回路８に安定した直
流電圧を供給するために制御・駆動回路７は、コンデン
サ６１の両端の電圧Ｖｏを検出して、Ｖｏが一定となる
オン・オフ比率の信号を半導体スイッチ２に与える。こ
の信号の周波数はトランス３の小型化のために２０ｋＨ
ｚ以上の高周波が用いられており、この信号により半導
体スイッチ２は高周波でオン・オフし、トランス３の１
次巻線３１には高周波の矩形波電圧が印加される。よっ
て、トランス３の２次巻線３２には高周波の矩形波電圧
が誘起し、整流ダイオード４１よりなる整流回路にて整
流され、さらにチョークコイル５とコンデンサ６１より
なる平滑回路により平滑されて、安定した直流電圧が負
荷回路８に供給される。ここで、フライホイ−ルダイオ
−ド４５は、半導体スイッチ２のオフ期間にチョークコ
イル５の電流を流すために設けられているものである。
【０００４】次にフライバックコンバータ方式について
説明する。フライバックコンバータの回路構成を図４に
示す。この方式の回路動作は前述のフォワードコンバー
タとはやや異なり、トランスがチョークコイルの機能も
兼ねて動作をする。そのため、２次巻線３２の極性が図
３とは逆になっている。チョークコイル５１は出力の交
流リップル分を減衰させるために設けられたものであ
る。フライバックコンバータ方式でも、負荷回路８に安
定した直流電圧を供給するために制御・駆動回路７は、
コンデンサ６１の両端の電圧Ｖｏを検出して、Ｖｏが一
定となるオン・オフ比率の信号を半導体スイッチ２に与
える。この信号の周波数は、トランス３の小型化のため
に２０ｋＨｚ以上の高周波が用いられており、この信号
により半導体スイッチ２は高周波でオン・オフし、トラ
ンス３の１次巻線３１には高周波の矩形波電圧が印加さ
れる。半導体スイッチ２のオン期間には、整流ダイオ−
ド４１が導通しない極性に２次巻線３２が接続されてい
るため、この期間に励磁エネルギがトランス３に蓄えら
れる。半導体スイッチ２がオフになると整流ダイオ−ド
４１が導通し、前記の励磁エネルギが２次側に送られ、
コンデンサ６０で平滑され、さらにチョ−クコイル５
１、コンデンサ６１により交流リップル分を減衰して、
直流電圧を負荷回路８に供給する。
説明する。フライバックコンバータの回路構成を図４に
示す。この方式の回路動作は前述のフォワードコンバー
タとはやや異なり、トランスがチョークコイルの機能も
兼ねて動作をする。そのため、２次巻線３２の極性が図
３とは逆になっている。チョークコイル５１は出力の交
流リップル分を減衰させるために設けられたものであ
る。フライバックコンバータ方式でも、負荷回路８に安
定した直流電圧を供給するために制御・駆動回路７は、
コンデンサ６１の両端の電圧Ｖｏを検出して、Ｖｏが一
定となるオン・オフ比率の信号を半導体スイッチ２に与
える。この信号の周波数は、トランス３の小型化のため
に２０ｋＨｚ以上の高周波が用いられており、この信号
により半導体スイッチ２は高周波でオン・オフし、トラ
ンス３の１次巻線３１には高周波の矩形波電圧が印加さ
れる。半導体スイッチ２のオン期間には、整流ダイオ−
ド４１が導通しない極性に２次巻線３２が接続されてい
るため、この期間に励磁エネルギがトランス３に蓄えら
れる。半導体スイッチ２がオフになると整流ダイオ−ド
４１が導通し、前記の励磁エネルギが２次側に送られ、
コンデンサ６０で平滑され、さらにチョ−クコイル５
１、コンデンサ６１により交流リップル分を減衰して、
直流電圧を負荷回路８に供給する。
【０００５】スイッチング電源は、前述のように半導体
スイッチを高周波でオン・オフさせているため、電圧、
電流の急峻な変化に起因するノイズを発生する。ノイズ
の発生量の測定としては、入力側あるいは出力側の端子
間のノイズ電圧を測る伝導ノイズ測定と、空間に放射さ
れる電磁波の強度を測定する放射ノイズ測定がある。こ
れら伝導ノイズと放射ノイズには、公的な規制値が定め
られており、この規制値を満たすようなノイズ対策をス
イッチング電源に施す必要がある。
スイッチを高周波でオン・オフさせているため、電圧、
電流の急峻な変化に起因するノイズを発生する。ノイズ
の発生量の測定としては、入力側あるいは出力側の端子
間のノイズ電圧を測る伝導ノイズ測定と、空間に放射さ
れる電磁波の強度を測定する放射ノイズ測定がある。こ
れら伝導ノイズと放射ノイズには、公的な規制値が定め
られており、この規制値を満たすようなノイズ対策をス
イッチング電源に施す必要がある。
【０００６】スイッチング電源の伝導ノイズを抑える方
法としては、ＣＱ出版社発行「トランジスタ技術」１９
８９年１２月号のｐ５００〜ｐ５０６、同じく１９９１
年１０月号のｐ４６５〜ｐ４６７に記載されている様
に、電源の入力側あるいは出力側にコモンモードチョー
クコイルを使ったフィルタを外部接続させてノイズを減
衰させている。
法としては、ＣＱ出版社発行「トランジスタ技術」１９
８９年１２月号のｐ５００〜ｐ５０６、同じく１９９１
年１０月号のｐ４６５〜ｐ４６７に記載されている様
に、電源の入力側あるいは出力側にコモンモードチョー
クコイルを使ったフィルタを外部接続させてノイズを減
衰させている。
【０００７】放射ノイズとは、電磁波の形態で空間を伝
わるものである。図５に放射ノイズ源のモデルを示す。
放射される電磁波の強度Ｅは、電子情報通信学会環境電
磁工学研究会資料ＥＭＣＪ９０−８９に示されているよ
うに電流Ｉと周波数ｆの自乗とル−プ面積Ａの積 Ｉｆ
2Ａに比例する。この関係から、スイッチング電源で発
生する放射ノイズを抑える方法として、高周波電流の流
れるループ面積を小さくすることと、急峻な電流変化を
抑える（高い周波数の電流成分を小さくする）ことが行
なわれている。
わるものである。図５に放射ノイズ源のモデルを示す。
放射される電磁波の強度Ｅは、電子情報通信学会環境電
磁工学研究会資料ＥＭＣＪ９０−８９に示されているよ
うに電流Ｉと周波数ｆの自乗とル−プ面積Ａの積 Ｉｆ
2Ａに比例する。この関係から、スイッチング電源で発
生する放射ノイズを抑える方法として、高周波電流の流
れるループ面積を小さくすることと、急峻な電流変化を
抑える（高い周波数の電流成分を小さくする）ことが行
なわれている。
【０００８】急峻な電流変化を抑える対策を加えた例を
図６に示す。フライホイールダイオード４５と直列に設
けられた可飽和リアクトル５５は、ダイオードの急峻な
逆方向回復電流（リカバリー電流）を抑制するものであ
り、電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡＧ−８９
−１５１に詳しく記述されている。
図６に示す。フライホイールダイオード４５と直列に設
けられた可飽和リアクトル５５は、ダイオードの急峻な
逆方向回復電流（リカバリー電流）を抑制するものであ
り、電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡＧ−８９
−１５１に詳しく記述されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】近年、スッチング電源
をさらに小型・薄型化するために動作周波数を５００ｋ
Ｈｚ程度まで高めようとされているが、この様な高周波
化は前述の電磁波の強度Ｅと周波数ｆの関係から放射ノ
イズを増大させる問題点がある。また、図６に示すよう
にフライホイ−ルダイオ−ド４５と直列に可飽和リアク
トル５５を設ける方法では、動作周波数が高いため可飽
和リアクトル磁心の磁心損失が激増するという問題点が
ある。本発明は以上のような問題点を解決するためにな
されたものであり、損失の増大を招くことなく、スイッ
チング電源の放射ノイズを小さくできる。
をさらに小型・薄型化するために動作周波数を５００ｋ
Ｈｚ程度まで高めようとされているが、この様な高周波
化は前述の電磁波の強度Ｅと周波数ｆの関係から放射ノ
イズを増大させる問題点がある。また、図６に示すよう
にフライホイ−ルダイオ−ド４５と直列に可飽和リアク
トル５５を設ける方法では、動作周波数が高いため可飽
和リアクトル磁心の磁心損失が激増するという問題点が
ある。本発明は以上のような問題点を解決するためにな
されたものであり、損失の増大を招くことなく、スイッ
チング電源の放射ノイズを小さくできる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、プリント基板
の一方の面に回路パタ−ンを形成して回路素子を実装
し、他方の面をシ−ルド面としたことを特徴とするスイ
ッチング電源である。さらに、プリント基板の一方の面
の安定電位の導体部と他方の面のシ−ルド面を電気的に
接続したことを特徴とするスイッチング電源である。こ
こでシ−ルド面とは、プリント基板の一面全面を導体と
したものであるが、必要に応じ一部に回路を構成したも
のも含む。
の一方の面に回路パタ−ンを形成して回路素子を実装
し、他方の面をシ−ルド面としたことを特徴とするスイ
ッチング電源である。さらに、プリント基板の一方の面
の安定電位の導体部と他方の面のシ−ルド面を電気的に
接続したことを特徴とするスイッチング電源である。こ
こでシ−ルド面とは、プリント基板の一面全面を導体と
したものであるが、必要に応じ一部に回路を構成したも
のも含む。
【００１１】
【作用】本発明は以上の様に、プリント基板の一方の面
にスイッチング電源の回路が構成され、この面で発生し
た放射ノイズは、他方の面のシ−ルド面が電磁シ−ルド
となり減衰する。電磁シ−ルドは、入射した電磁波の磁
界によってシ−ルド面に発生した渦電流による逆向きの
磁界により、電磁波を打ち消して減衰させる。
にスイッチング電源の回路が構成され、この面で発生し
た放射ノイズは、他方の面のシ−ルド面が電磁シ−ルド
となり減衰する。電磁シ−ルドは、入射した電磁波の磁
界によってシ−ルド面に発生した渦電流による逆向きの
磁界により、電磁波を打ち消して減衰させる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例について添付図面に基づいて
詳述するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。フォワードコンバータ方式における実施例を述
べる。図１に示すようにプリント基板１０１の裏面の銅
箔全面をシ−ルド面１０２としたものを実施例１とし、
プリント基板の裏面の銅箔の無いものを比較例１とし
た。さらに、可飽和リアクトル５５を追加した図６の回
路方式で、プリント基板の裏面の銅箔の無いものを比較
例２とした。プリント基板の大きさは何れも縦４０ｍ
ｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍで、銅箔厚は０．０３５ｍ
ｍである。比較例１、比較例２及び本発明の実施例の放
射ノイズの周波数スペクトルの測定結果を表１に示す。
測定に使用したスイッチング電源は入力電圧ＤＣ４８
Ｖ、出力ＤＣ５Ｖ２Ａ、動作周波数４００ｋＨｚであ
る。放射ノイズの測定方法を図６に示し、説明を加え
る。直径約６ｃｍの１ターンのループを磁界プローブ２
０１とし、スイッチング電源の部品面上に設置してこの
プローブに誘起した電圧波形をＦＦＴ（高速フ−リエ変
換）波形演算機能付デジタルオシロスコープ２０２で観
測した。比較例２は、比較例１に比べ、４０ＭＨｚ以上
で３〜６ｄＢ減衰しているに過ぎないが、本発明の実施
例１では、全帯域で５〜１２ｄＢ減衰している。また、
比較例２の可飽和リアクトル５５の磁心にはアモルファ
ス合金のビーズコア（外径４ｍｍ、内径１．６ｍｍ、高
さ４．５ｍｍ）を使っているが、このビ−ズコアの温度
上昇分は７５Ｋにも達しているため、スイッチング周波
数が高くなると実用には適さない。
詳述するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。フォワードコンバータ方式における実施例を述
べる。図１に示すようにプリント基板１０１の裏面の銅
箔全面をシ−ルド面１０２としたものを実施例１とし、
プリント基板の裏面の銅箔の無いものを比較例１とし
た。さらに、可飽和リアクトル５５を追加した図６の回
路方式で、プリント基板の裏面の銅箔の無いものを比較
例２とした。プリント基板の大きさは何れも縦４０ｍ
ｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍで、銅箔厚は０．０３５ｍ
ｍである。比較例１、比較例２及び本発明の実施例の放
射ノイズの周波数スペクトルの測定結果を表１に示す。
測定に使用したスイッチング電源は入力電圧ＤＣ４８
Ｖ、出力ＤＣ５Ｖ２Ａ、動作周波数４００ｋＨｚであ
る。放射ノイズの測定方法を図６に示し、説明を加え
る。直径約６ｃｍの１ターンのループを磁界プローブ２
０１とし、スイッチング電源の部品面上に設置してこの
プローブに誘起した電圧波形をＦＦＴ（高速フ−リエ変
換）波形演算機能付デジタルオシロスコープ２０２で観
測した。比較例２は、比較例１に比べ、４０ＭＨｚ以上
で３〜６ｄＢ減衰しているに過ぎないが、本発明の実施
例１では、全帯域で５〜１２ｄＢ減衰している。また、
比較例２の可飽和リアクトル５５の磁心にはアモルファ
ス合金のビーズコア（外径４ｍｍ、内径１．６ｍｍ、高
さ４．５ｍｍ）を使っているが、このビ−ズコアの温度
上昇分は７５Ｋにも達しているため、スイッチング周波
数が高くなると実用には適さない。
【表１】
【００１３】次にフライバックコンバ−タ方式における
実施例について述べる。図１に示すようにプリント基板
１０１の裏面の銅箔全面をシ−ルド面１０２としたもの
を実施例２とし、プリント基板の裏面の銅箔の無いもの
を比較例３とした。プリント基板の大きさは前述のフォ
ワ−ドコンバ−タ方式の例と同じである。表２に放射ノ
イズの周波数スペクトルの測定結果を示す。磁界プロ−
ブ２０１をプリント基板の部品面側に設置した場合と、
裏面側に設置した場合の両方を測定した。測定に使用し
たスイッチング電源は入力電圧ＤＣ４８Ｖ、出力ＤＣ５
Ｖ１Ａ、動作周波数５００ｋＨｚである。本発明の実施
例２は、比較例３に比べ全帯域で、部品面側では８〜１
０ｄＢ、裏面側では１２〜１８ｄＢ減衰している。
実施例について述べる。図１に示すようにプリント基板
１０１の裏面の銅箔全面をシ−ルド面１０２としたもの
を実施例２とし、プリント基板の裏面の銅箔の無いもの
を比較例３とした。プリント基板の大きさは前述のフォ
ワ−ドコンバ−タ方式の例と同じである。表２に放射ノ
イズの周波数スペクトルの測定結果を示す。磁界プロ−
ブ２０１をプリント基板の部品面側に設置した場合と、
裏面側に設置した場合の両方を測定した。測定に使用し
たスイッチング電源は入力電圧ＤＣ４８Ｖ、出力ＤＣ５
Ｖ１Ａ、動作周波数５００ｋＨｚである。本発明の実施
例２は、比較例３に比べ全帯域で、部品面側では８〜１
０ｄＢ、裏面側では１２〜１８ｄＢ減衰している。
【表２】 以上の実施例では、シ−ルド面１０２をスイッチング電
源の１次側または２次側と絶縁した状態でおこなった例
であるが、シ−ルド面１０２と部品面１０３の安定電位
部１０４を、導体板１０５により電気的に接続して静電
シ−ルドの機能も兼ねた場合も同等の効果が得られた。
源の１次側または２次側と絶縁した状態でおこなった例
であるが、シ−ルド面１０２と部品面１０３の安定電位
部１０４を、導体板１０５により電気的に接続して静電
シ−ルドの機能も兼ねた場合も同等の効果が得られた。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、プリント基板裏面のシ
−ルド面の電磁シ−ルドの作用により、スイッチング電
源の放射ノイズを、広い周波数帯域にわたって大きく減
衰させることができる
−ルド面の電磁シ−ルドの作用により、スイッチング電
源の放射ノイズを、広い周波数帯域にわたって大きく減
衰させることができる
【図１】本発明の実施例を示す実体図である。
【図２】放射ノイズの測定方法の説明図である。
【図３】フォワードコンバータ方式を示す回路図であ
る。
る。
【図４】フライバックコンバータ方式を示す回路図であ
る。
る。
【図５】放射ノイズ源のモデル図である。
【図６】フォワードコンバータ方式における従来のノイ
ズ対策を示す回路図である。
ズ対策を示す回路図である。
１ 直流電源 ２ 半導体スイッチ ３ トランス ５
チョークコイル ７制御・駆動回路 ８ 負荷回路
９ コモンモードチョークコイル １０ コンデンサ
３１ １次巻線 ３２ ２次巻線 ４１ 整流ダイオー
ド ４２ 整流ダイオード ４２ 整流ダイオード ４
３ 整流ダイオード ４４ 整流ダイオード ４５ フ
ライホイールダイオード ６０ コンデンサ ６１ コ
ンデンサ １０１ プリント基板 １０２ シ−ルド面
１０３ 部品面 １０４ 安定電位部 １０５ 導体
板
チョークコイル ７制御・駆動回路 ８ 負荷回路
９ コモンモードチョークコイル １０ コンデンサ
３１ １次巻線 ３２ ２次巻線 ４１ 整流ダイオー
ド ４２ 整流ダイオード ４２ 整流ダイオード ４
３ 整流ダイオード ４４ 整流ダイオード ４５ フ
ライホイールダイオード ６０ コンデンサ ６１ コ
ンデンサ １０１ プリント基板 １０２ シ−ルド面
１０３ 部品面 １０４ 安定電位部 １０５ 導体
板
Claims (2)
- 【請求項１】 プリント基板の一方の面に回路パタ−ン
を形成して回路素子を実装し、他方の面をシ−ルド面と
したことを特徴とするスイッチング電源。 - 【請求項２】 プリント基板の一方の面の安定電位の導
体部と他方の面のシ−ルド面を電気的に接続したことを
特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18239893A JPH0739155A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | スイッチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18239893A JPH0739155A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | スイッチング電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0739155A true JPH0739155A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16117618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18239893A Pending JPH0739155A (ja) | 1993-07-23 | 1993-07-23 | スイッチング電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0739155A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011045196A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Aw Japan:Kk | 片面実装型の直流安定化電源 |
-
1993
- 1993-07-23 JP JP18239893A patent/JPH0739155A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011045196A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Aw Japan:Kk | 片面実装型の直流安定化電源 |
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